[发明专利]一种外置式流化床换热器

说明书

技术领域

本发明属于化工技术领域，具体涉及一种外置式流化床换热器。

背景技术

流化床反应器在很多工业过程中应用广泛，鉴于很多反应过程均存在热效应，多数属于放热反应，常利用换热元件取走反应释放的过程热量，以保持反应器的热平衡。例如，在炼油厂催化裂化装置的再生器中就常采用取热器，当加工重质原料时，由于装置生焦量提高，再生烧焦过程放出的热量超过反应系统所需要的热量，为维持装置的热平衡，就需要采取措施将过剩的热量取走。工业中常采用的取热器大体上分为内置式取热器(简称内取热器)和外置式取热器(简称外取热器)两种，内取热器是将取热管设置在再生器中，外取热器是在再生器外部设置一个流化床，流化床内设置有取热管，通过连接再生器和流化床之间的循环管实现热催化剂与换热管之间的接触。由于内取热器换热面积固定，传热系数和传热温差都受反应器工业条件限制，取热负荷调节范围很小，而外取热器可以通过调节循环管中的催化剂流量实现取热负荷的大范围调节，因而在工业装置上得到了广泛的应用。

目前，最常见的催化裂化外取热器一般采用带有垂直换热管束的密相流化床，流化床操作气速一般较低，属于鼓泡床和低气速湍动床。为了提高设备的可靠性，每根换热管一般采用单独的进出管线与外取热器汽包连接，其目的是当某一根换热管出现泄漏时，可以单独关闭，不会造成外取热器的整体失效，因为剩余的换热管仍可以继续使用。另外，为了强化换热管的传热效果，常在换热管上焊接翅片等元件，以增加传热面积和传热负荷。

现有工业装置中使用的外取热器虽然已有很多年的工业应用经验，但常常存在如下问题：

(1)工业上采用的外取热器流化床一般水力学直径较小(流化床横截面流通面积与润湿边长总和之比)、壁效应很强，再加上床层高度较大，因此外取热器内很难保持较高的流化质量，造成传热面上的传热系数较低和整个取热器的换热效率的降低。另外，流化质量较低还容易导致接触到每根换热管的催化剂温度差异较大，致使各换热管的传热负荷的不均匀，工业操作过程中个别传热负荷过高的换热管很容易干烧而损坏。

(2)由于每根换热管均需要配备与汽包连接的单独管路，为避免连接管路过于复杂，往往限制换热管的根数不能太多，因此常采用直径较粗的换热管(通常管径在150-400mm之间)，导致外取热器内单位体积所能容纳的总换热面积较小。

(3)即使采用较粗的换热管束，由于每根换热管都有一组独立的连接管路与汽包连接，而通常工业外取热器中的换热管根数一般都在十多根至几十根之间，因此外取热器与汽包之间的连接管路非常复杂性，其结果是导致很难保证每根换热管内水流量的均匀性，工业操作过程中常出现水流量较低的换热管干烧损坏的现象。

(4)即使每根换热管都可以单独关闭，但如果某一根换热管出现爆管，实际工业操作过程中也需要一段时间才能找到这根损坏的换热管并及时将其关闭，这段时间内水蒸汽会大量进入再生器，常造成装置操作剧烈波动，同时高温水蒸汽和热催化剂接触也会加剧催化剂的水热失活。如果处理不及时，蒸汽泄漏过程中还容易造成其他换热管及设备组件的冲蚀磨损损坏。此外，损坏换热管关闭后，外取热器总换热负荷也有较大的降低。

(5)由于一般采用的是较粗的换热管束，工业上为了强化换热管的传热效果，需要在换热管上焊接翅片等元件，以增加传热面积，但这会进一步降低流化床的水力学直径，增加流化床的壁效应，更容易导致外取热器内流化质量和传热效果的下降。另外，焊接复杂的翅片结构还大幅度增加了换热管的制造难度和成本，焊接缺陷或残余应力集中等问题常造成换热管使用寿命及长周期可靠性的下降，这将显著影响装置的开工周期和盈利能力。

正是这些问题的存在，外取热器往往是影响很多工业催化裂化装置长周期运行的一个瓶颈因素，严重制约了装置开工周期的延长，对日常装置安全平稳运行也埋下了很大的隐患。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种外置式流化床换热器。

为达到上述目的，本发明提供了一种外置式流化床换热器，该外置式流化床换热器包括上段的蒸发器、下段的气固流化床以及垂直安装的热管管束；所述热管管束由若干热管组成，热管的两端分别位于蒸发器和流化床之中。